桥梁设计动力特性

桥梁设计的动力特性分析

摘要：本文以某大跨度独斜塔斜拉桥为例，应用通用有限元程序对

整桥建立空间有限元模型，计算其动力特性，并结合其他同类型桥梁的理论计算和试验结果，分析了该类型桥梁的动力特性。

一、斜拉桥的结构型式

斜拉桥由桥塔、斜拉索、加劲梁等主要部件组成，作用在桥面上的荷载通过斜拉索传至桥塔，继而传至地基，因而力流明确。从力学角度，斜拉桥的桥面可视为由斜拉索弹性支承连续梁，每根斜拉索拉力的竖向分量为其提供竖向支承，水平分量在梁体内产生巨大预压力，所以斜拉索可视作体外预应力筋。斜拉桥基本体系按力学性能可分：

l 、飘浮体系在塔、墩固结时，采用这种体系能减少混凝土徐变影响，并可抗震消能，因此地震烈度较高地区可采用该体系，以提高结构固有周期。为形成纵向能摆动的飘浮体系，拉索在立面布置应为辐射形或扇形。通常为减小塔根处梁无索区的正弯矩，可在塔下设置竖直索（又称零号索），使得梁在该处有一弹性支承点，或在塔的下横梁设置竖向支座，以形成半飘浮体系，如南京长江二桥南汉斜拉桥就采用半飘浮体系。为阻止飘浮体系产生过大纵向位移，可采用纵向弹性约束：在主塔两侧设置一端固定在主塔下横梁、另一端固定在主梁上的弹性拉索。这种支承方式首次用于日本名港西大桥，白沙洲长江大桥、芜湖长江大

桥也采用了这种支承方式对主梁纵向位移进行适当约束。

2、支承体系在塔、梁固结时。桥塔处主梁下设置支座将形成全

支承体系，这时支座承载能力应十分强大，一般仅用于小跨径斜拉桥。

对于大跨度斜拉桥，由于上部结构反力过大，支座构造复杂，制作困难，且动力特性欠佳，不利于抗震、抗风，故不宜采用。

3、塔、梁、墩固结体系采用这种体系，能克服上述大吨位支座的制造困难并提供稳定的施工条件，宜用于独塔斜拉桥的设计。但其动力性能差，在窄桥情况下尤其严重。为克服体系温度应力影响，双塔情况下，通常在中跨设挂孔或铰，但不利于养护及行车舒适性。在边孔高度不大及不影响通航情况下，布置辅助墩对改善结构受力状态、增加施工期安全均十分有利，并可大大提高全桥刚度。辅助墩位置由跨中挠度影响线确定，同时亦要兼顾索距及施工需要，辅助墩数量应综合考虑技术需要以及全桥整体经济效益。

二、斜拉桥有限元模型的建立及其动力特性

1、主桥设计概况

该桥为双塔斜拉桥，墩、塔、梁固结，跨径组成为150+300+l50m.其中15om边跨、30Om主跨梁均为预应力混凝土箱梁。桥塔采用塔高132m边跨混凝土箱梁侧、主跨箱梁侧均为双索面。

主梁采用预应力混凝土结构，混凝土强度为C60 级；主梁高

3.500m,双向横坡2%总宽30m顶板厚30m横隔板间距3.00m、2.50m,横隔板板厚14cm（索处）、12cm（非拉索处）、16cm（支座处）。斜拉桥混凝土箱梁：主梁采用边箱分离式混凝土箱梁, 混凝土强度为C60 级。

斜拉桥桥塔：主塔全高132m桥面以上塔高72m桥面以下塔30m主

塔采用空心断面，因塔、梁、墩固结，固区设7.5m高的实心段。塔顶截面尺寸为6X 5m桥面处塔截面尺寸为8X 5m锚索区塔壁厚为 1.2m。

斜拉索：全桥共设90对斜拉索，索长最长152.292m。

三、全桥有限单元模型建立该独柱斜塔斜拉桥的全桥空间有限元模型，来分析其动力特性。

采用有限元方法对桥梁进行全桥结构仿真分析的方法，在近些年得到了普遍的应用。该方法的实质是建立完整、统一的整座桥梁结构分析体系，在该体系下构造全桥所有承载构件的组合形式数学模型，准确模拟承载构件的空间位置、尺寸、材料特性、连接形式和荷载作用等；在此基础上进行大规模的全桥结构效应分析计算，由此得到相对详尽、精确和可靠的分析结果。全桥结构仿真分析摒弃了多年以来在桥梁分析计算中采用的人为假设，如假设计算体系或计算平面的划分与组合，假设连接形式为铰接或刚接，假设计算模型的边界条件和假设构件的平截面变形等；与传统桥梁计算相比，全桥结构仿真分析具有如下优点：（1）完整、统一的整座桥梁分析体系相对精确地反映桥梁结构地实际承载形态；

（2）详尽、复杂的组合单元结构数学模型相对精确地反映桥梁结构的材料特性；

（3）仿真分析的初始形态相对精确地反映桥梁结构的初始应力和初始变形（包括初始缺陷等）；

因此，全桥结构仿真分析比传统的桥梁分析计算有实质性的提高，可以更广泛地应用到设计桥梁方案、桥梁结构计算分析、桥梁施工过程模

拟、桥梁承载能力，甚至部分代替小比例的桥梁模型试验。

四、有限元建模分析在该桥建模中，根据各构件的型式及受力特点，分别对应在ANSYS 软件中选用合适的单元类型" 本文主要采用的单元类型如下：

计算模型中梁、塔、采用BEAM188莫拟，BEAM188单元是基于Timoshenkol 梁理论，该单元有三个节点每个节点有六个自由度，其中第三个节点是方位点用于确定梁截面的摆放位置，本单元可以考虑应力刚化效应和大变形非线性分析。

斜拉索采用空间杆单元LinkIO单元模拟，LINK10单元独一无二的双线性刚度矩阵特性使其成为一个轴向仅受拉或仅受压杆单元。使用只受拉选项时，如果单元受压，刚度就消失，以此来模拟缆索的松弛或链条的松弛。这一特性对于将整个钢缆用一个单元来模拟的钢缆静力问题非常有用。当需要松弛单元的性能，而不是关心松弛单元的运动时，它也可用于动力分析（带有惯性或阻尼效应）。该单元在每个节点上有三个自由度：沿节点坐标系X、Y、Z 方向的平动，不管是仅受拉（缆）选项，还是仅受压（裂口）选项，本单元都不包括弯曲刚度。本单元具有应力刚化、大变形功能。

五、动力特性分析

桥梁结构的自振特性是其动力性能分析的重要参数，它包括自振频率、振型及阻尼比等，反映了桥梁的刚度指标。它取决于结构的组成体系、刚度、质量分布以及支承条件等，自振特性分析对深入了解桥梁的反应谱分析和地震时程响应分析有重要意义。利用图 3.3 中的全桥空间

有限元模型对该大跨度独斜塔斜拉桥进行模态分析。

从表3一3的计算结果可以看出该独柱斜塔斜拉桥的自振特性有以下特点：

（ 1 ）该独柱斜塔斜拉桥的基频为0.0989Hz ，基本周期为10.108s ，属于长周期柔性结构，在对该桥的设计过程中，不应轻视其动力方面问题。

（2）对于该独柱斜塔斜拉桥的主要承重构件——塔，塔柱侧弯的振型出现的最早，反映出该桥塔柱的抗弯刚度较弱，因此在设计中要注意加强。

（3）该独柱斜塔斜拉桥一阶振型为塔柱侧弯，与一般双塔斜拉桥的一阶振型为纵飘不同。

结语：有限元建模是一个繁琐而又极其重要的过程，模型建立的好坏将直接影响以后的分析计算，本文以有限元建模建立全桥组合有限元模型以分析其动力特性。

参考文献：

[1] 严国敏.现代斜拉桥，西南交通大学出版社，1996 7.

[2] 林元培.斜拉桥. 人民交通出版社，1995.6.

[3] 赵经文王宏任.结构有限元分析.科学出版社，2001.

桥梁结构的动力特性分析

桥梁结构的动力特性分析 桥梁作为现代交通运输的重要组成部分，在社会经济发展中扮演着重要角色。 然而，随着交通运输工具和载荷的不断发展，桥梁结构也面临着更加复杂的动力特性分析。本文将从桥梁结构的动力特性入手，探析其分析方法及应用。 首先，了解桥梁结构的动力特性是进行安全评估和设计的基础。对于公路、铁路、地铁等交通载荷的不断增加，桥梁需要能够承受复杂的动力荷载，包括交通载荷和风荷载等。在了解桥梁结构的动力特性之前，我们需要熟悉桥梁的固有频率和阻尼比等基本概念。固有频率是桥梁在自由振动状态下的频率，而阻尼比则是衡量桥梁振动阻尼程度的参数。这些基本概念的了解是进行动力特性分析的关键。 其次，在分析桥梁结构的动力特性时，可以采用多种方法。传统的方法包括模 态分析和频谱分析等。模态分析基于固有频率和振动模态的概念，通过求解结构的振动模态，分析不同模态下的动力响应。频谱分析则是通过将外荷载离散化为一系列正弦波形式的荷载，利用结构的频率相应性质进行分析。这些传统的方法相对简单，可以对桥梁结构的动力特性进行初步分析。 然而，随着计算机技术的发展，有限元分析等数值模拟方法也得到了广泛应用。有限元分析将桥梁结构离散化为多个小单元，通过数值求解方法模拟结构的动力行为。这种方法的优点是能够考虑结构的非线性和复杂几何形状等因素，提供更为准确的动力响应结果。同时，计算机技术的快速发展也使得大规模桥梁结构的动力仿真和优化成为可能。 不仅如此，桥梁结构的动力特性分析在现代桥梁设计中也扮演着重要角色。通 过分析桥梁的固有频率和阻尼比等参数，可以评估结构的安全性和可靠性。例如，在考虑地震荷载下的桥梁设计中，动力特性分析可以帮助工程师了解地震荷载对桥梁结构的激励程度，从而进行合理的抗震设计。此外，动力特性分析也可以用于预判桥梁结构的振动问题，如桥梁的自振和共振等，从而采取相应的措施避免结构的破坏。

桥梁结构的动力学特性分析

桥梁结构的动力学特性分析 桥梁是连接两个地理位置的重要交通设施，其稳定性和可靠性对交 通运输的安全至关重要。为确保桥梁结构的合理设计和使用，动力学 特性分析是不可或缺的一项工作。本文将对桥梁结构的动力学特性进 行分析，并探讨其在桥梁工程中的应用。 1. 动力学特性的定义 桥梁结构的动力学特性是指桥梁在受到外力作用下的运动规律和响 应特性。包括桥梁的固有频率、振型形态、自由振动和阻尼等内容。 通过分析桥梁的动力学特性，可以评估其抗风、抗震、抗振动等能力，为桥梁的设计、施工和维护提供依据。 2. 动力学特性分析的方法 （1）模态分析：模态分析是一种常用的动力学特性分析方法，通 过求解桥梁结构的振型形态和固有频率，得出结构的模态参数。模态 分析可以帮助设计师确定桥梁的固有振动频率，避免共振现象的发生，提高桥梁的稳定性。 （2）动力响应分析：动力响应分析是通过施加外力荷载，研究桥 梁结构的动态响应行为。通过对桥梁在不同荷载条件下的动态响应分析，可以评估桥梁的结构响应和变形情况，为桥梁结构的安全评估和 设计提供依据。 3. 动力学特性分析的应用

（1）抗风设计：桥梁结构在面对风荷载时容易发生振动，因此抗风设计是桥梁工程中的重要问题之一。通过动力学特性分析，可以评估桥梁的固有振动频率和阻尼比，确定合理的抗风设计参数，提高桥梁的稳定性和抗风性能。 （2）抗震设计：地震是危及桥梁结构安全的主要自然灾害之一。通过动力学特性分析，可以评估桥梁在地震作用下的动态响应和变形情况，确定合理的抗震设计参数，确保桥梁在地震中的安全性。 （3）振动控制：在某些情况下，桥梁的振动可能会对周围环境产生不利影响，如引起噪音、疲劳破坏等。通过动力学特性分析，可以了解桥梁的振动特性，并采取相应的振动控制措施，降低桥梁振动对周围环境的影响。 总结： 桥梁结构的动力学特性分析对于桥梁的设计、施工和维护具有重要意义。通过分析桥梁的动力学特性，可以评估桥梁在受到外力作用下的响应和变形情况，为桥梁的抗风、抗震和抗振动设计提供依据。在实际工程中，合理利用动力学特性分析方法，可以提高桥梁结构的稳定性和可靠性，确保交通运输的安全。

大跨度悬索桥的动力特性分析研究

大跨度悬索桥的动力特性分析研究 摘要：悬索桥又称吊桥，是一种古老的桥型，是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的悬索作为上部结构主要承重构件的桥梁类型。由于其结构比较轻柔对动荷载比较敏感，进行桥梁结构的动力特性分析对桥梁的抗震设计、健康检测和维护具有十分重要的意义。随着桥梁跨度的增大，加之悬索桥是一种刚度小、变形大的柔性结构，体系的几何非线性突出，基于有限元法对悬索桥的动力特性以及结构刚度对其影响进行研究具有重要的理论意义和工程实际价值。结构刚度是影响悬索桥动力特性的重要因素，本文就加劲梁刚度、索塔刚度、主缆刚度、吊索刚度等对双塔单跨悬索桥固有频率的影响进行研究。 关键词：大跨度；悬索桥；动力分析 1. 大跨度悬索桥的动力分析的意义 悬索桥的振动特性是悬索桥动荷载行为研究的基础。桥梁结构的振动包括自振频率和振型等,它反映了桥梁结构的刚度和质量分布的合理性,是桥梁结构振动响应分析、抗震设计和抗风稳定性研究的基础。桥梁结构的动力特性包括自振频率、振型和阻尼。悬索桥结构在动力激励作用下,在空间上各向振动的振型和频率都是需要的。但一般被分为四种类型:竖向、纵向、横向和扭转振型。然而,实际情况却是一种位移通常会与另外一种位移耦合,特别是竖向位移与纵向位移耦合在一起,横向位移与扭转位移耦合在一起。甚至有时候,四种位移同时耦合在一起。耦合情况决定于结构几何和支撑条件等因素。一阶扭转振动频率与一阶竖向振动频率比值越大,桥梁具有更好的抗风稳定性;桥梁抖振则需要考虑多振型的参与。因此,动力特性分析是桥梁结构动力性能研究的重要内容之一。在悬索桥进入大跨径结构的阶段,其加劲梁的刚度不断地相对减少,当加劲梁的高跨比小于1/300时,采用线性挠度理论分析悬索桥所产生的误差将不容忽视,为此有限位移理论开始应用于现代悬索桥的结构分析中,使悬索桥的分析计算更加精确。基于矩阵位移法的有限元技术能适应解决复杂结构的受力分析,一些有代表性的研究

三跨连续梁桥动力特性分析

三跨连续梁桥动力特性分析 第一章在桥梁设计中，动力特性的研究尤为重要。对动力特性进行分析与研究最主要的原因是为了避免共振。本文通过比较惯性矩变化导致的刚度分配变化和跨径布置对多跨变截面连续梁桥自振特性的影响，并运用有限元软件对三跨连续梁桥进行动力特性分析，得出三跨连续梁桥的自振频率的变化规律，从而为冲击系数的合理取值提供依据。 1.1多跨连续梁桥的跨径布置 连续梁桥分为等截面连续梁桥和变截面连续梁桥。 等截面连续梁桥可以选用等跨布置和不等跨径布置两种布置方式。等跨布置的跨径大小主要取决于分孔是否经济和施工技术条件等。当桥梁按照等跨径布置会使标准跨径较大时，为了减少边跨的正弯矩，将边跨跨径取小于中跨的结构布置，即不等跨布置，一般边跨与中跨跨长之比在0. 6-0. 8之间，边跨与中跨跨长之比简称边中跨比。 当连续梁桥主跨的跨径接近或者大于70m时，若主梁仍然釆用等截面的布置方式，在恒载和活载作用时，将会出现主梁支点截面的负弯矩比跨中截面的正弯矩大很多。为了使受力更加合理和建造更加经济，此时，釆用变截面连续梁桥的设计，不仅更加经济，也使受力更加符合要求，高度变化和内力变化基本相适应。对于跨径，变截面连续梁桥立面一般采用不等跨径布置。对于三跨以上的连续梁桥，除边跨之外，其余中间跨一般采用等跨径布置以方便施工。对于多于两跨的连续梁桥，其跨径比一般为0. 6-0. 8左右。当釆用箱形截面的三跨连续梁桥时, 该比值甚至可减少至0. 5-0.7,当接近0.618时，桥跨变化会显得平顺、流畅, 较为美观。此时，连续箱梁的梁高宜采用变高度设汁，其底曲线采用折线（釆用折线形截面布置可使构造简单、施工方便）、二次抛物线和介于折线与二次抛物线之间的1. 5-1. 8次抛物线的设计形式，从而使底曲线变化规律与连续梁弯矩变化规律基本接近。 1.2分析动力特性的原因 所谓动力特性是指自振周期（自振频率）、振型、阻尼比三个主要方面。分析与研究动力特性的首要原因是为了了解自振频率及振型以在桥梁设计时避开共振。历

桥梁结构动力特性分析

桥梁结构动力特性分析 桥梁结构是城市交通建设中必不可少的重要组成部分。为了确保桥 梁的安全性和可靠性，在设计和施工过程中，必须对桥梁的动力特性 进行充分的分析。本文将对桥梁结构的动力特性进行详细讨论，包括 桥梁结构的固有频率、自由振动、强迫振动以及可能引起的共振现象等。 一、固有频率 固有频率是指桥梁结构在没有外力作用的情况下，自身固有特性所 具有的振动频率。桥梁结构的固有频率是通过结构的质量、刚度和几 何尺寸来确定的。一般来说，桥梁的固有频率越高，结构的刚度越大，相应地，结构的稳定性和抗风、抗震能力也会更高。 二、自由振动 自由振动是指桥梁结构在受到外力激励之前的自由振动行为。当桥 梁结构受到外力干扰后，会出现固有频率下的自由振动。自由振动是 桥梁在没有外力干扰下的自然振动，也是研究桥梁动力特性的重要基础。 三、强迫振动 强迫振动是指桥梁结构在受到外力激励时的振动行为。在桥梁的正 常使用过程中，会受到行车荷载、风力、地震等各种外力的作用，从 而引起结构的强迫振动。通过对桥梁结构的强迫振动进行分析，可以 评估结构的动力响应和力学性能。

四、共振现象 共振是指外力激励频率与桥梁结构的固有频率非常接近，从而导致 结构发生巨大振幅的现象。共振是桥梁结构动力特性中非常重要和危 险的现象，因为共振会导致结构的破坏和失效。因此，在桥梁设计和 施工过程中，必须避免共振的发生。 五、动力特性分析方法 为了分析桥梁结构的动力特性，工程师们可以采用多种分析方法。 常见的方法包括模态分析、频率响应分析和时程分析等。模态分析是 通过计算桥梁结构的固有振型和固有频率来进行分析，可以预测结构 在不同固有频率下的振动情况。频率响应分析是通过施加频率变化的 外力激励，来分析桥梁结构的响应情况。时程分析是通过实测或模拟 不同的时间历程，来研究桥梁结构在动力加载下的响应和变形情况。 六、桥梁结构动力特性在实际工程中的应用 在实际桥梁工程中，准确分析桥梁结构的动力特性对于设计和施工 至关重要。首先，通过分析桥梁的固有频率和自由振动，可以确定结 构的稳定性和抗风、抗震能力。其次，通过分析桥梁的强迫振动，可 以评估结构的动力响应和力学性能，从而确保桥梁的安全运行。此外，对于新建桥梁，还需要通过分析共振现象来避免结构的失效。 总结： 桥梁结构的动力特性分析对于确保桥梁的安全性和可靠性具有重要 意义。通过对固有频率、自由振动、强迫振动和共振现象的分析，能

桥梁动力学性能的分析与设计要点

桥梁动力学性能的分析与设计要点 摘要： 本文重点探讨了桥梁动力学性能的分析与设计的关键要点。我们首先回顾了 桥梁动力学的基本理论和模型，然后讨论了桥梁的动态荷载效应和动力响应分析。文章还深入探讨了振动控制和减振技术。在设计部分，我们详细介绍了基于动力 学性能的设计方法，探讨了桥梁结构类型与动力性能的关系，同时还强调了在特 殊环境下的桥梁动力学性能设计。最后，我们讨论了动力学性能验算和评估的方 法和标准。总的来说，这篇文章为桥梁工程师提供了一份全面的指南，旨在提高 桥梁设计的动力学性能。 关键词：桥梁动力学；动态荷载；动力学性能设计；特殊环境设计；动力学 性能验算与评估。 前言： 桥梁作为一种关键的基础设施，其稳定性和耐用性直接影响到人们的出行安 全与效率。在设计和构建桥梁时，桥梁的动力学性能是需要重点考虑的重要因素 之一。对于桥梁动力学性能的深入研究和理解，可以提升桥梁结构的耐久性，提 高其在面临风载、地震等外部动态荷载时的稳定性和安全性。 本文详细讨论了桥梁动力学性能的分析与设计的核心要点。文章首先回顾了 桥梁动力学的基本理论和模型，包括动力学基本原理和桥梁结构的动力学模型。 接下来，动态荷载效应、动力响应分析、振动控制和减振技术等关键问题进行了 深入的研究和讨论。在设计部分，本文提供了基于动力学性能的设计方法，详细 解释了桥梁结构类型与动力性能的关系，以及在特殊环境下的桥梁动力学性能设 计策略。最后，动力学性能的验算和评估的方法和标准也进行了系统的介绍。 希望为桥梁设计师、工程师、学者等相关人员提供一个全面深入的桥梁动力 学性能的分析与设计的参考和指南。通过本文，读者可以更深入地理解桥梁动力

桥梁结构动力特性分析与抗震设计

桥梁结构动力特性分析与抗震设计 桥梁是连接两个地理位置的重要结构，承载着行车和行人的交通需求。为了确 保桥梁的安全和可靠性，桥梁结构的动力特性分析和抗震设计是至关重要的。本文将探讨桥梁结构的动力特性分析与抗震设计的相关内容。 首先，桥梁结构的动力特性分析是指对桥梁在运行过程中自身的振动特性进行 研究和分析。桥梁的振动主要包括自由振动和受迫振动两种情况。自由振动是指桥梁在受到外力作用后，没有其他外力作用下的自身振动。受迫振动是指桥梁在受到外力作用下的振动，比如车辆行驶时的振动。通过对桥梁的动力特性分析，可以了解桥梁的振动频率、振型以及相关参数，为后续的抗震设计提供依据。 其次，在抗震设计中，地震是一个重要的考虑因素。地震是地球内部发生的地 壳运动造成的地表振动，具有毁灭性的后果。对桥梁进行抗震设计，目的是使其在地震中能够保持稳定和安全。抗震设计主要包括结构抗震能力的计算和地震荷载的确定。结构抗震能力是指桥梁在地震荷载作用下的抗震性能，包括其刚度、强度、耗能性能等。地震荷载是指地震作用下施加在桥梁上的力，包括水平地震力、垂直地震力等。通过合理的抗震设计，可以提高桥梁结构的抗震能力，减少地震造成的损害。 在桥梁结构的动力特性分析和抗震设计中，有一些常用的方法和技术。其中， 有限元方法是最常用的一种方法。有限元方法是一种离散化求解问题的方法，将连续的结构通过有限数量的元素进行离散，建立一个离散的方程组来描述结构的振动特性。通过求解这个方程组，可以得到桥梁结构在不同振动状态下的振动特性。此外，谱分析方法也是常用的方法之一。谱分析方法是通过分析振动信号的频谱特性，来研究结构的动力特性。通过对桥梁振动信号的谱分析，可以了解其主要振动频率和振型，并结合结构参数进行分析和设计。 除了动力特性分析和抗震设计，桥梁结构还需要考虑其他相关因素。比如，桥 梁结构的材料选择、结构形式设计以及施工工艺等。在材料选择上，需要考虑到材

桥梁结构动力学特性分析与设计

桥梁结构动力学特性分析与设计桥梁在现代社会中起到连接和交通的重要作用，在设计和建造桥梁时，了解桥梁结构的动力学特性，对于确保桥梁的安全和可持续使用 至关重要。本文将介绍桥梁结构动力学特性的分析与设计方法。 一、桥梁结构的动力学特性 桥梁结构的动力学特性是指桥梁在受到外部力作用下的振动行为。 了解桥梁的动力学特性可以帮助工程师预测桥梁的响应和疲劳寿命， 从而设计出更安全和经济的桥梁结构。 1.自由振动频率 桥梁的自由振动频率是指桥梁在没有外部激励力作用下，自由振动 的频率。自由振动频率可以通过解析方式或数值模拟方法计算得到。 桥梁的自由振动频率与梁的固有刚度、质量和几何形状等因素密切相关。 2.阻尼特性 桥梁结构的阻尼特性决定了桥梁在受到外部激励力作用下的响应衰 减速度。阻尼主要由材料的内部阻尼和外部阻尼组成。在桥梁设计中，应根据实际情况选择合适的阻尼措施，以减小桥梁振动造成的损害。 3.模态分析

模态分析是桥梁结构动力学分析中的一种重要方法，它可以确定桥梁的振动模态和相应的频率。通过模态分析，工程师可以评估桥梁结构的稳定性和安全性，为桥梁设计提供参考。 二、桥梁结构动力学分析方法 桥梁结构的动力学分析方法主要包括实验方法和数值模拟方法。实验方法通过实际测试桥梁的振动响应来获取动力学特性，而数值模拟方法则通过建立数学模型来推导解析解或使用计算机进行仿真计算。 1.实验方法 实验方法是研究桥梁结构动力学特性的常用手段之一。常用的实验方法包括悬索式振动台试验、振动台试验和现场振动试验等。实验方法能够直接获取桥梁的振动响应，但需要一定的实验设备和条件，并且费时费力。 2.数值模拟方法 数值模拟方法通过建立桥梁的数学模型，将其转化为动力学方程，并通过数值方法求解得到桥梁的动力学特性。数值模拟方法具有模型建立简便、成本相对较低、计算速度快等优点。常用的数值模拟方法包括有限元方法、边界元方法和模型试验等。 三、桥梁结构动力学设计考虑因素 在桥梁结构动力学设计时，需要考虑多种因素，以确保桥梁的安全和可持续使用。

拱桥的抗震设计与动力特性研究

拱桥的抗震设计与动力特性研究 随着城市发展的不断壮大，更多的拱桥被建造起来，成为城市的地标和交通要道。然而，地震的不可预测性和破坏性对这些拱桥的安全性提出了更高的要求。因此，对拱桥的抗震设计与动力特性进行研究呼之欲出。 首先，拱桥的抗震设计就是为了保证它在地震发生时能够承受住地震力的作用，保持结构的完整性和稳定性。这要求在拱桥的设计过程中考虑到地震力的作用，并通过结构的合理布置、材料的选择和加固措施等来提高拱桥的抗震能力。 拱桥的抗震设计中一个重要的因素是拱的几何形状。拱桥的拱形对其抗震性能 有着重要的影响。较为常见的拱形设计包括圆拱、椭圆拱和多圆拱等。研究表明，圆拱在抵抗地震力时具有较好的性能，其分配力的方式更加均匀，能够更好地提高桥梁的抗震能力。椭圆拱的抗震性能较差，其桥梁受力不均匀，容易发生破坏。而多圆拱的抗震性能介于两者之间。 此外，拱桥的抗震设计还需考虑材料的选择。强度高、刚性好的材料有利于提 高拱桥的抗震能力。常用的材料包括钢、混凝土和钢筋混凝土。其中，砼材料具有较好的韧性和抗冲击性能，能够在地震时延缓弯矩的发展，降低桥梁的损伤程度。而钢材料由于其较高的屈服点和抗拉强度，能够极大地提高拱桥的抗震能力。 除了抗震设计之外，了解拱桥的动力特性也对其安全性有着重要的意义。拱桥 的动力特性指的是拱桥在地震作用下的振动特性。研究拱桥的动力特性可以帮助工程师更好地了解拱桥的受力情况，为其合理的抗震设计提供参考。 在研究过程中，经常使用地震响应谱方法来进行分析。地震响应谱是表示地震 激励与结构响应之间关系的一种图形表达方式。通过绘制拱桥在地震激励下的响应谱曲线，可以得出桥梁在地震中的振动特性，包括固有周期、阻尼比等。 了解拱桥的动力特性有助于确定合适的地震设计参数。例如，可以通过计算确 定拱桥的固有周期，从而选择合适的设计参数，确保拱桥在地震中不会发生共振现

桥梁结构的动力特性分析与实践案例分析

桥梁结构的动力特性分析与实践案例分析引言 作为建筑工程行业的教授和专家，我多年来从事建筑和装修工作，积累了丰富的经验，并在桥梁结构的动力特性方面有着深入的研究。本文旨在分享我的经验和专业知识，着重探讨桥梁结构的动力特性分析及相关实践案例。通过深入分析和实践案例的讨论，将为读者提供有价值的参考和指导。 一、桥梁结构的动力特性分析 1. 动力特性的定义与重要性 桥梁结构的动力特性指的是结构在受到外部加载（如车辆行驶、地震等）或内部反馈（如风荷载等）作用下的振动响应。了解桥梁结构的动力特性对于评估结构的安全性、预测结构的振动响应以及设计适当的控制措施至关重要。 2. 动力特性的分析与评估方法 桥梁结构的动力特性分析通常包括模态分析、频率响应分析和时程分析等方法。模态分析用于确定桥梁的固有振动模态和频率，频率响应分析用于确定结构在受到外部激励时的振动响应，而时程分析则是模拟结构在实际使用过程中的动力响应。 3. 动力特性分析的输入参数和工具

在进行桥梁结构的动力特性分析时，需要准确输入结构的几何形状、材料参数、边界条件和加载情况等参数。同时，还需要借助一些专业 的分析工具和软件，如有限元软件、动力分析软件等，来完成复杂的 计算和分析工作。 二、桥梁结构动力特性实践案例分析 1. 桥梁结构在地震作用下的动力特性 地震是桥梁结构最常见的激励源之一，对桥梁结构的动力特性有着 显著的影响。在实践中，我们通常通过分析地震动力学响应谱、地震 时程分析等方法来评估桥梁结构在地震中的动力反应。以某高速公路 桥梁为例，我们利用有限元软件进行模态分析，确定了桥梁主要的振 型和固有频率，并结合地震动力学响应谱，得出了结构在不同地震等 级下的地震反应。 2. 桥梁结构在风荷载下的动力特性 风荷载对桥梁结构的影响同样不可忽视。在实践中，我们可以通过 风洞试验、数值模拟和频率响应分析等方法来研究桥梁在风荷载下的 动力特性。以一座大型斜拉桥为例，我们采用风洞试验和有限元模型，分析了桥梁在各种风速条件下的振动响应和结构的疲劳性能，从而为 设计防风措施提供了科学依据。 3. 桥梁结构的主动与被动控制 除了 passsive 控制措施，桥梁结构的主动控制（如主动振动控制、 主动杆截面控制等）也引起了广泛的研究兴趣。通过激励反馈和结构

桥梁的动态力学

桥梁的动态力学 桥梁的动态力学是桥梁工程学中的一个重要分支，旨在研究桥梁的动力学行为。桥梁的动力学特性是由其结构特性、结构参数以及环境条件的综合影响而决定的，它涉及桥梁动力学状态的研究及其动力稳定性的分析。本文将对桥梁的动力学特征进行综述，总结桥梁的动力学状态和动力稳定性的分析方法。 桥梁的动力学特征是指桥梁的动力学行为，这种行为受桥梁的结构特性、结构参数以及环境条件的影响。桥梁的动力学特征可分为桥梁静力学特征、桥梁振动特征和桥梁振动稳定性特征。 桥梁静力学特征是指桥梁的静力承载性能，它是桥梁结构安全及其应力变形分布所决定的。研究桥梁静力学特征，通常需要使用一些数值分析计算工具来计算桥梁的应力及变形特性，如静力分析、有限元分析和三维有限元分析等。 桥梁振动特征是指桥梁受力后的振动特性，桥梁的振动特性受桥梁结构特性、结构参数以及环境条件的影响，它可分为自振频率及自振形态特性。桥梁振动特征的研究可以采用动力学分析方法，如有限元分析、有限体积法和经典振动理论分析方法等，以确定桥梁振动自振频率及振动形态特性。 桥梁振动稳定性特征是指桥梁上的外力作用下，桥梁的振动行为与环境条件及结构参数的关系。桥梁的振动稳定性特征研究可以使用理论分析、实验分析和数值分析的方法，如动力学响应分析、结构动力学分析、振动响应分析、谱分析等，以确定桥梁对外力作用时的振

动反应特性及其动力稳定性。 本文简要介绍了桥梁的动力学特征、桥梁振动特征和桥梁振动稳定性特征研究方法。桥梁的动力学特征研究在桥梁工程中有着重要意义，它可以更好地掌握桥梁结构特性、结构参数以及环境条件的影响，为桥梁结构设计提供参考。

独塔斜拉桥动力特性分析及基频估算

独塔斜拉桥动力特性分析及基频估算 摘要：动力特性分析是桥梁结构抗风、抗震计算的重要基础，基频则直接 反映了桥梁结构的竖向动力效应（冲击系数）。本文以两座独塔斜拉桥为工程背景，运用MIDAS/Civil建立有限元模型，通过对比自振特性方面的差异，分析单 索面和双索面对独塔斜拉桥动力特性的影响，并以杭州湾南航道桥为原型，在顺 桥向通过对称复制形成双塔斜拉桥，在此基础上研究独塔斜拉桥的基频估算公式。 关键词：独塔斜拉桥；动力特性；基频；单索面；双索面 独塔斜拉桥按照拉索布置方式，可分为单索面、竖向双索面和斜向双索面等 三种类型[1]。桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系[2]。斜拉桥具有密布的频谱，自 振特性表现出明显耦合性[3]。研究表明，独塔单索面斜拉桥第一阶振型为主塔侧 向弯曲[4-6]；独塔双索面斜拉桥第一阶振型为主梁竖向弯曲[7,8]；斜向双索面比单索面的抗扭刚度要大，使得扭转振型出现较晚；此外，塔梁固结体系也可提高主 梁的抗扭刚度。 1有限元模型 深圳湾公路大桥通航孔桥（以下简称深圳湾通航孔桥）为独塔单索面钢箱梁 斜拉桥，主跨跨径180m，桥跨布置为180m+90m+75m。主梁为单箱四室薄壁钢箱梁；索塔呈倾斜式，总高度为139.053m，塔身中心斜率为1/5.6713，塔柱为对 称空心薄壁箱形截面；全桥共设12对斜拉索，呈不对称布置，边跨斜拉索索距 3m，主跨标准索距12m，塔上索距4m，斜拉索采用直径7㎜的镀锌高强度低松弛 钢丝。主2号墩为塔墩梁固结，主1、主3、主4号墩上设球形钢支座。 杭州湾跨海大桥南航道桥（以下简称杭州湾南航道桥）为独塔斜向双索面钢 箱梁斜拉桥，主跨跨径318m，桥跨布置为100m+160m+318m；主梁为单箱三室扁 平流线型钢箱梁；索塔总高度为194.3m，为钻石型空间索塔，塔柱为空心薄壁截面，横梁为预应力混凝土箱型截面；全桥共设20对斜拉索，呈不对称布置，边

钢管混凝土拱桥静动力特性分析

钢管混凝土拱桥静动力特性分析 摘要：钢管混凝土拱桥具有跨越能力大、强度高、重量轻、便于施工等优点，近年来在我国桥梁建设中迅速发展。随着钢管混凝土技术的不断发展，钢管混凝土拱桥的跨径不断的增大，其静力性能、动力性能的研究显得越来越重要。本文展示了钢管混凝土拱桥的应用与发展，并通过大型有限元软件Midas/Civil对跨径为575m的某中承式钢管混凝土拱桥进行了静力特性和动力特性分析，并通过查阅资料文献，论述可钢管混凝土拱桥地震响应的特点，并对今后钢管混凝土拱桥的性能研究提出了建议。 关键词：钢管混凝土拱桥；静力特性；动力特性；地震响应； 中图分类号：O 319.56 文献标志码：A 文章编号：1674-0696（2011） 1 钢管混凝土拱桥的应用与发展 "钢管混凝土构件"是指用混凝土填充空心钢管而形成的一种复合构件，是集 钢管和钢筋混凝土优点于一体的新型构件。由于钢管混凝土结构具有抗压能力强、安装方便等优点，钢管混凝土框架拱桥发展迅速。在中国短短的6年间建了10 座钢管混凝土拱桥。 2 静力特性 2.1有限元模型 以主跨为575m某中承式钢管混凝土拱桥为例，利用大型桥梁计算软件Midas/Civil用于分析桥梁的静动态特性。全桥共有13546个单元，节点5431个，其中梁单元9650个，桁架单元64个，板单元3832个，边界条件取用一般支撑与弹性连接。为综合考虑整个桥梁的静力特性，选择了恒载荷、活载荷、混凝土收缩徐变等参数来分析桥梁结构的静力特性。

2.2恒载效应分析 恒载考虑：自重、二期。钢材为Q345，容重取，混凝土为C70，容重取；二期恒载考虑桥面铺装、桥梁附属设施的自重。 根据有限元模型进行计算，计算得到恒载作用下钢管混凝土拱肋竖向位移，其中最大竖向位移为-564 mm，它发生在拱肋的近跨中段。拱肋上弦杆混凝土在拱顶部位的最大压应力为-0.17 MPa，在拱脚部位的最大压应力为-0.19 MPa，在拱肋下弦杆混凝土的最大压应力为-0.19 MPa。与规范规定的数值对比可知：钢管混凝土拱肋的拉压应力，均在规范容许的范围内，结构安全可靠。 2.3活载效应分析 活载主要考虑车道荷载和人群荷载。 钢管混凝土拱桥拱肋关键截面在活载作用下拱肋最大竖向挠度为-304mm，小于L/1000，满足规范要求。拱肋的最大压应力值在-0.1 MPa范围内。拱肋下弦杆混凝土1/4跨最大压应力，为-0.1MPa。经过综合对比分析可知：拱肋的压应力都在规范容许的范围内。说明结构设计和受力均匀合理。 2.4次内力效应分析 十年收缩徐变作用下钢管混凝土拱桥变形。钢管混凝土拱肋的最大垂直位移为-748毫米，且位于拱肋的近中段。收缩徐变对钢管混凝土拱桥的位移影响较大，使桥梁结构出现整体下挠。 2.5钢管混凝土静力特性分析 利用 Midas civil有限元计算软件，对成桥状态下的该钢管混凝土拱桥模型进行静力计算分析，分析了结构在各种荷载组合作用下的位移、内力和应力，得出下列结论 （1）在活载作用下，拱肋的最大位移出现在l/4跨处，截面应力最大值也出现在拱肋及主梁l/4跨处位置。

桥梁设计动力特性

桥梁设计的动力特性分析 摘要：本文以某大跨度独斜塔斜拉桥为例，应用通用有限元程序对 整桥建立空间有限元模型，计算其动力特性，并结合其他同类型桥梁的理论计算和试验结果，分析了该类型桥梁的动力特性。 一、斜拉桥的结构型式 斜拉桥由桥塔、斜拉索、加劲梁等主要部件组成，作用在桥面上的荷载通过斜拉索传至桥塔，继而传至地基，因而力流明确。从力学角度，斜拉桥的桥面可视为由斜拉索弹性支承连续梁，每根斜拉索拉力的竖向分量为其提供竖向支承，水平分量在梁体内产生巨大预压力，所以斜拉索可视作体外预应力筋。斜拉桥基本体系按力学性能可分： l 、飘浮体系在塔、墩固结时，采用这种体系能减少混凝土徐变影响，并可抗震消能，因此地震烈度较高地区可采用该体系，以提高结构固有周期。为形成纵向能摆动的飘浮体系，拉索在立面布置应为辐射形或扇形。通常为减小塔根处梁无索区的正弯矩，可在塔下设置竖直索（又称零号索），使得梁在该处有一弹性支承点，或在塔的下横梁设置竖向支座，以形成半飘浮体系，如南京长江二桥南汉斜拉桥就采用半飘浮体系。为阻止飘浮体系产生过大纵向位移，可采用纵向弹性约束：在主塔两侧设置一端固定在主塔下横梁、另一端固定在主梁上的弹性拉索。这种支承方式首次用于日本名港西大桥，白沙洲长江大桥、芜湖长江大 桥也采用了这种支承方式对主梁纵向位移进行适当约束。 2、支承体系在塔、梁固结时。桥塔处主梁下设置支座将形成全 支承体系，这时支座承载能力应十分强大，一般仅用于小跨径斜拉桥。

对于大跨度斜拉桥，由于上部结构反力过大，支座构造复杂，制作困难，且动力特性欠佳，不利于抗震、抗风，故不宜采用。 3、塔、梁、墩固结体系采用这种体系，能克服上述大吨位支座的制造困难并提供稳定的施工条件，宜用于独塔斜拉桥的设计。但其动力性能差，在窄桥情况下尤其严重。为克服体系温度应力影响，双塔情况下，通常在中跨设挂孔或铰，但不利于养护及行车舒适性。在边孔高度不大及不影响通航情况下，布置辅助墩对改善结构受力状态、增加施工期安全均十分有利，并可大大提高全桥刚度。辅助墩位置由跨中挠度影响线确定，同时亦要兼顾索距及施工需要，辅助墩数量应综合考虑技术需要以及全桥整体经济效益。 二、斜拉桥有限元模型的建立及其动力特性 1、主桥设计概况 该桥为双塔斜拉桥，墩、塔、梁固结，跨径组成为150+300+l50m.其中15om边跨、30Om主跨梁均为预应力混凝土箱梁。桥塔采用塔高132m边跨混凝土箱梁侧、主跨箱梁侧均为双索面。 主梁采用预应力混凝土结构，混凝土强度为C60 级；主梁高 3.500m,双向横坡2%总宽30m顶板厚30m横隔板间距3.00m、2.50m,横隔板板厚14cm（索处）、12cm（非拉索处）、16cm（支座处）。斜拉桥混凝土箱梁：主梁采用边箱分离式混凝土箱梁, 混凝土强度为C60 级。 斜拉桥桥塔：主塔全高132m桥面以上塔高72m桥面以下塔30m主

四跨连续钢构桥动力特性分析

四跨连续钢构桥动力特性分析 摘要：桥梁结构的自振特性是结构动力分析和抗震分析的重要参数。该文通过建立有限元模型对4跨连续钢构进行理论分析，并通过现场模态试验对桥梁相关自振特性参数进行模态分析，测得了桥梁的自振频率、振型和阻尼比，并对实桥测试结果和计算结果进行分析、比较，判别该桥的动力特性是否正常。 关键词：连续钢构，自振特性，动力特性，模态分析 桥梁动力问题已成为近年来工程界广泛讨论的一个热点话题。对桥梁的动力性能进行分析和评估已成为桥梁设计、施工、质量评定中必不可少的关键环节之一。随着有限元理论及计算机技术的发展和广泛应用，桥梁动力问题的相关理论也得到了长足的进展和日成趋成熟；然而影响桥梁动力性能的因素众多而且随机性强；仅依据理论计算结果不足以全面反应结构的性能；结合理论计算和现场试验能更加全面、客观地分析和评价桥梁的动力性能。 1、工程概况 重庆鱼洞大桥在鱼洞跨越长江，连接长江以北的大渡口区和长江以南的巴南区，桥梁全长1541.6m，由主桥和南、北两岸引桥组成，其中主桥长810.0m，为145m+260m+260m +145m的预应力混凝土连续刚构桥。主桥主梁为单箱双室断面，桥面宽20.3m，箱宽12.9m，左侧悬臂2.6m，右侧悬臂4.8m，根部梁高15.1m，跨中梁高4.6m。主桥下部构造为双肢薄壁墩，群桩基础。主桥上部结构采用C60混凝土，主桥边墩及盖梁采用C40混凝土。 2、有限元计算 结构的动力特性只与结构本身的固有性质有关(如结构的组成形式、刚度、质量分布和材料的性质等)，而与外荷载等其它条件无关。在结构自振特性的有限元分析中，首先将结构离散为若干单元；然后进行单元分析，讨论单元的力学特性，并建立单元刚度矩阵；最后组集总体刚度矩阵，进行整体结构分析。在平衡方程中加入惯性力和阻尼力，推导出结构整体动力平衡方程：；在自振分析时忽略外荷载作用及阻尼的影响使自振特性的数值分析问题最终归结为求解形如的广义特征值问题。用建立的MIDAS有限元模型计算了该桥的前5阶自振频率并提取前5阶频率及对应振型图。 3、模态分析 3.1模态分析基本原理 模态分析是在承认实际结构可以运用所谓“模态模型”来描述其动态响应的条件下，通过实验数据的处理和分析，寻求其“模态参数”，是一种参数识别的方

桥梁结构的动力响应分析

桥梁结构的动力响应分析 桥梁是连接两个地区的重要交通工具，承受着车辆和行人的巨大荷载。在日常 使用中，桥梁结构会受到各种动力作用的影响，如行车振动、地震等，这些作用会导致桥梁的动力响应。因此，对桥梁结构的动力响应进行分析具有重要意义，可为桥梁的设计和维护提供依据。 桥梁结构的动力响应可以理解为结构在受到外力作用时的反应。动力响应的分 析可以通过数学建模和计算方法来完成。在模型建立时，需要考虑桥梁结构的几何特征、材料性质以及外部载荷等因素。针对不同的桥梁类型，可以采用不同的动力响应分析方法，如模态分析、频率响应分析等。 模态分析是一种常用的动力响应分析方法。它通过求解桥梁结构的振型和频率，来获得结构在不同模态下的响应。在进行模态分析时，首先需要建立桥梁的有限元模型。有限元模型将桥梁结构离散成一系列的节点和单元，节点代表结构的位移自由度，单元代表结构的刚度和质量。接下来，需要确定桥梁结构的边界条件和荷载情况。通过解析有限元方程，可以得到桥梁结构的振型和频率，进而获得桥梁在不同模态下的动力响应。 频率响应分析是另一种常用的动力响应分析方法。它通过求解结构在一定频率 范围内的响应，来了解结构对频率变化的敏感性。频率响应分析的关键是确定结构的频率响应函数。频率响应函数描述了结构在受到谐振激励时的响应特性。与模态分析类似，进行频率响应分析时也需要建立桥梁的有限元模型，并确定边界条件和荷载情况。通过求解有限元方程，可以获得桥梁结构在一定频率范围内的响应。 除了模态分析和频率响应分析，还可以采用时程分析等方法进行桥梁结构的动 力响应分析。时程分析是一种基于时间的分析方法，通过考虑结构的初始条件和外部载荷的时变特性，来获得结构在不同时间点上的响应。时程分析可以考虑到荷载的突变和变化速率等因素，更加贴近实际工况。

人行桥动力特性及节段模型设计计算(精)

1、节段模型设计参数初步估算 主梁自重：2* (0.0283426*7.85+0.508297*2.5 ) =2.986 T/m 横梁自重：3.4* (0.0195508*7.85+0.185889*2.5 ) /5=0.420 T/m 二期恒载（桥面玻璃板、护栏、玻璃夹具与托架、人行道抗滑橡胶层 以及其它拼接附属件）集度：0.713T/m 合计： 0.713+2.986+0.420=4.119T/m 假定悬索桥一阶竖等效模态质量与主梁物理质量一致，那么等效质量约为：4.119T/m 以实桥节段长度L=30.8m缩尺比为1/20制作刚性节段模型，那么模 型的长宽比为30.8/6=5.13，其它模型参数的取值如表1所示: 节段模型设计参数估算值 参数名称单位实桥值相似比模型值 主梁长度30 1:20 1.54 主梁宽度1:20 0.3 主梁高度0.60 1:20 0.03

依此计算，缩尺节段模型的控制质量为 1.54*10.3=15.9kg 。 2.全桥结构动力特性分析 利用ANSYS 建立峡谷人行桥成桥模型，其中：主梁及桥梁均采用梁单元模拟，吊杆及 主缆采用链杆单元模拟，桥面板及其它二期恒载仅计入结构自重且没有任何刚度贡 献。 对上述有限元模型进行动力特性分析，表 2及图1-图11分别列出了模型前10阶振 型，表2则列出了与节段模型风洞试验相关的主要振型、频率及等效质量参数。通过 判断，第1阶模态变形以侧弯为主 竖弯、扭转频率。 表2人行桥前10阶振型 序号 频率（Hz 振型描述 0.20267 主梁一阶对称侧弯、扭转耦合振型 0.210583 主梁一阶反对称竖弯 0.258624 主梁一阶对称竖弯 0.33809 主梁一阶对称竖弯及主缆横向对称摆动 等效质量 kg/m 4119 1:20 2 10.3 ,故选取了具有同样对称性的第 3、8阶自振频率作为